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Luminescence properties of lanthanide(III) ions in concentrated carbonate solution

高濃度炭酸溶液中における希土類イオンの発光特性

永石 隆二; 木村 貴海; Sinha, S. P.*

Nagaishi, Ryuji; Kimura, Takaumi; Sinha, S. P.*

高濃度炭酸溶液中で希土類(III)イオンは、4つの炭酸イオンが配位した錯体[Ln(CO$$_{3}$$)$$_{4}$$]$$^{5-}$$を形成する。この炭酸錯体は8配位構造を持つため、水和イオン[Ln(H$$_{2}$$O)$$_{n}$$]$$^{3+}$$(n=8,9)とは異なり、その強度・位置ともに特徴的な励起・発光ピークを持ったスペクトルが観測できる。また、この錯体は第1配位圏に水分子を持たないため、より多くの希土類イオンの発光がより長寿命で観測できると考えられる。本研究ではPr(4f$$^{12}$$)からTm(4f$$^{12}$$)までの10元素(Pmを除く)について炭酸錯体の発光の有無を調べ、Pr,Ho及びErを除いた7元素の発光を観測した。ここで、励起・発光スペクトル中のそれぞれのピークを電子状態間の遷移として帰属し、炭酸錯体に特徴的な遷移を見いだすとともに、水和イオンと炭酸錯体の配位環境の違いを定量的に明らかにした。さらに、H$$_{2}$$O及びD$$_{2}$$O溶液中での発光寿命から、励起した炭酸錯体の無輻射緩和がエネルギーギャップ則に従うこと、発光寿命の水素同位体効果が金属の内圏に配位している炭酸イオンのC-O振動エネルギーと深く関連していることを明らかにした。

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分野:Chemistry, Physical

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